岩土力学-土的抗剪强度-第9章课件

第九章土的抗剪强度1课件土压力边坡稳定地基承载力挡土结构物破坏各种类型的滑坡地基的破坏工程中土体的破坏类型2课件工程中的强度问题概述土的抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力

3课件Occ：粘聚力：内摩擦角库仑公式土的抗剪强度的计算5课件二、土体抗剪强度影响因素摩擦力的两个来源

1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦

2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成抗剪强度影响因素摩擦力：剪切面上的法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构6课件NT=NtgφuT滑动摩擦（1）滑动摩擦2、摩擦强度tg由颗粒之间发生滑动时颗粒接触面粗糙不平所引起，与颗粒大小，矿物组成等因素有关0.020.060.20.623020颗粒直径(mm)滑动摩擦角u粗粉细砂中砂粗砂7课件密度（e,粒径级配（Cu,Cc）颗粒的矿物成分对于：砂土>粘性土；高岭石>伊里石>蒙特石粒径的形状（颗粒的棱角与长宽比）在其他条件相同时：一般，对于粗粒土，颗粒的棱角提高了内摩擦角影响土的摩擦强度的主要因素：9课件粘聚强度机理静电引力（库仑力）范德华力颗粒间胶结假粘聚力（毛细力等）粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度3、粘聚强度10课件莫尔圆应力分析符号规定材料力学+-+-土力学正应力剪应力拉为正压为负顺时针为正逆时针为负压为正拉为负逆时针为正顺时针为负莫尔-库伦强度理论(极限平衡条件)11课件O+zx2113课件四、土的极限平衡条件应力圆与强度线相离：

强度线应力圆与强度线相切：应力圆与强度线相割：极限应力圆τ<τf

弹性平衡状态

τ=τf

极限平衡状态

τ>τf

破坏状态

14课件莫尔－库仑破坏准则莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则(目前判别土体所处状态的最常用准则)

强度线

15课件根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性σ1<σ1f安全状态σ1=σ1f

极限平衡状态σ1>σ1f不可能状态Oc1f311判别对象：土体微小单元（一点）3=常数：17课件根据应力状态计算出大小主应力σ1、σ3判断破坏可能性σ3>σ3f安全状态σ3=σ3f极限平衡状态σ3<σ3f不可能状态Oc13f331=常数：18课件f强度包线以内：任何一个面上的一对应力与都没有达到破坏包线，不破坏；与破坏包线相切：该面上的应力达到破坏状态；与破坏包线相交：有一些平面上的应力超过强度；不可能发生。19课件例1:一饱和粘性土试样在三轴仪中进行固结不排水试验,施加周围压力,试件破坏时主应力差,测得孔隙水压力,有效内摩擦角,有效粘聚力,试求破坏面上的法向应力和剪应力及试件中的最大剪应力.21课件例2:试说明为什么上例中试样发生在57°的平面,而不是发生在最大剪应力的作用面.22课件231f45°＋/2破裂面Oc1f325.滑裂面的位置与大主应力面夹角：α=45+/2破坏面为什么不在最大剪应力作用面上？23课件二、土的抗剪强度指标测定施加σ（=P/A）施加S量测（=T/A）上盒下盒PSTA1、直剪试验（库仑1776）试验方法σ=100KPaSσ=200KPaσ=300KPa25课件试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）26课件设备简单，操作方便结果便于整理测试时间短优点试样应力状态复杂应变不均匀不易控制排水条件剪切面固定缺点PSTA类似试验：环剪试验单剪试验二、直剪试验TP试样内的变形分布29课件1、试样应力特点与试验方法2、强度包线3、试验类型4、优缺点试样压力室压力水排水管阀门轴向加压杆有机玻璃罩橡皮膜透水石顶帽量测体变或孔压三轴试验30课件二、三轴剪切试验应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成应力控制式三轴仪试验步骤:

3

3

3

3

3

3△△2.施加周围压力3.施加竖向压力1.装样31课件方法：首先试样施加静水压力—室压（围压）1=2=3；然后通过活塞杆施加的是应力差Δ1=1-3。1、试样应力特点与试验方法特点：试样是轴对称应力状态。垂直应力z一般是大主应力；径向与切向应力总是相等r=，亦即1=z；2=3=r32课件固结排水试验（CD试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2打开排水阀门，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压固结不排水试验（CU试验）1打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水不固结不排水试验（UU试验）1关闭排水阀门，围压下不固结；2关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水cd、d

ccu、cu

cu、u

3、试验类型33课件二.三轴试验强度指标剪切前固结条件剪切中排水条件固结Consolidated排水Drained1.固结排水试验（CD）2.固结不排水试验（CU）固结Consolidated不排水Undrained不固结Unconsolidated不排水Undrained三种试验3.不固结不排水试验（UU）34课件强度包线(1-)fc

(1-)f11-31

=15%分别作围压为100kPa

、200kPa

、300kPa的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f绘制三个破坏状态的应力莫尔圆，画出它们的公切线——强度包线，得到强度指标c与

2、强度包线35课件优点：1应力状态和应力路径明确；2排水条件清楚，可控制；3破坏面不是人为固定的缺点：设备相对复杂，现场难以试验说明：3＝0即为无侧限抗压强度试验4、优点和缺点真三轴仪空心圆柱扭剪仪36课件三、无侧限抗压强度试验ququ加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压缩仪无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度

试样37课件一般适用于测定软粘土的不排水强度指标；钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；通过施加的扭矩计算土的抗剪强度三、十字板剪切试验38课件§9.3排水条件与试验成果的关系一、总应力强度指标与有效应力强度指标库仑定律说明：施加于试样上的垂直法向应力为总应力，c、为总应力意义上的土的粘聚力和内摩擦角，称之为总应力强度指标根据有效应力原理：土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上的法向有效应力

c、

为土的有效粘聚力和有效内摩擦角，即土的有效应力强度指标有效应力强度指标确切地表达出了土的抗剪强度的实质，是比较合理的表达方法

39课件二、不同排水条件时的剪切试验方法及成果表达1.不固结不排水剪（UU）

三轴试验：施加周围压力3、轴向压力△直至剪破的整个过程都关闭排水阀门，不允许试样排水固结

3

3

3

3

3

3△△直剪试验：通过试验加荷的快慢来实现是否排水。使试样在3～5min之内剪破，称之为快剪关闭排水阀40课件

3

3

3

3

3

3△△有效应力圆总应力圆u=0BCcuuAA

3A

1A饱和粘性土在三组3下的不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆试验表明：虽然三个试样的周围压力3不同，但破坏时的主应力差相等，三个极限应力圆的直径相等，因而强度包线是一条水平线三个试样只能得到一个有效应力圆

41课件2.固结不排水剪（CU）

三轴试验：施加周围压力3时打开排水阀门，试样完全排水固结，孔隙水压力完全消散。然后关闭排水阀门，再施加轴向压力增量△，使试样在不排水条件下剪切破坏

3

3

3

3

3

3△△直剪试验：剪切前试样在垂直荷载下充分固结，剪切时速率较快，使土样在剪切过程中不排水，这种剪切方法为称固结快剪打开排水阀关闭排水阀42课件

3

3

3

3

3

3△△将总应力圆在水平轴上左移uf得到相应的有效应力圆，按有效应力圆强度包线可确定c、

ccuc

cu饱和粘性土在三组3下进行固结不排水剪试验得到A、B、C三个不同3作用下破坏时的总应力圆，由总应力圆强度包线确定固结不排水剪总应力强度指标ccu、

cuABC43课件3.固结排水剪（CD）

三轴试验：试样在周围压力3作用下排水固结，再缓慢施加轴向压力增量△，直至剪破，整个试验过程中打开排水阀门，始终保持试样的孔隙水压力为零

3

3

3

3

3

3△△直剪试验：试样在垂直压力下固结稳定，再以缓慢的速率施加水平剪力，直至剪破，整个试验过程中尽量使土样排水，试验方法称为慢剪打开排水阀44课件在整个排水剪试验过程中，uf

＝0，总应力全部转化为有效应力，所以总应力圆即是有效应力圆，总应力强度线即是有效应力强度线。强度指标为cd、dcdd总结:

3

3

3

3

3＋△

3＋△对于同一种土，在不同的排水条件下进行试验，总应力强度指标完全不同有效应力强度指标不随试验方法的改变而不同，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系45课件三、抗剪强度指标的选用

土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标

试验方法适用条件不排水剪或快剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快排水剪或慢剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢固结不排水剪或固结快剪建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间46课件cu=qu/2cuqu=(4)无侧限压缩试验：3

=0的不排水试验47课件例:某饱和粘性土无侧限抗压强度试验得到不排水抗剪强度，如果对同一土样进行三轴不固结不排水试验，施加周围压力，问试件将在多大的轴向压力作用下发生破坏？48课件例:某饱和粘土的强度指标,取该土样作固结不排水剪切试验,测得破坏时